JPS6295469A - 光集積スペクトル分析器 - Google Patents

光集積スペクトル分析器

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JPS6295469A
JPS6295469A JP23571085A JP23571085A JPS6295469A JP S6295469 A JPS6295469 A JP S6295469A JP 23571085 A JP23571085 A JP 23571085A JP 23571085 A JP23571085 A JP 23571085A JP S6295469 A JPS6295469 A JP S6295469A
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JP
Japan
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optical waveguide
light
diffraction grating
reflecting mirror
refractive index
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JP23571085A
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Kenji Tatsumi
辰己 賢二
Takashi Ito
伊東 尚
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • GPHYSICS
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    • G01J3/18Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面弾性波(以下SAWと呼ぶ)と光の相
互作用を利用して高周波1気信号(以下RF倍信号呼ぶ
)のスペクトル分析をする光集積スペクトル分析器に係
わり、特に導波発散光を平行にしたり回折光を集光する
反則形回折格子レンズの構成に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図はT 、 5uharaらにより文献1 ) I
EEE Juarnal of Quantum El
ectronics 1VoL QE−18。
NO,7,July 1982 P1057〜1059
 に報告されている従来のこの種装置を示している。第
2図において(1〕は誘τ体基板、(2)は光導波路、
(3)は半導体装置ザ、(4)は発散光、(5)は第1
の反射上回折格子レンズ、(6)は平行光、(7)は第
2の反射上回折格子レンズ、(8)は収束光、(9)は
光検出器アレー〇〇はSAwトランスジューサ、鋤はS
AW 、(イ)はSAW吸収物質、03は第1の端面、
α鴇は第2の端面である。
次に動作について説明する。半導体レーザ(3)からの
光は、第1の端面α3により光導波路(2)内に結合さ
れ光導波路(2)内を伝搬する発散光(4)となる。
上記発散光(4)は第2の端面0柔より出射し、第1の
反則形回折格子レンズ(5)に入射する。第1の反射形
回析格子レンズ(5)の格子の周期は一定ではなく場所
によって異っており、奔放光を平行光に変換するような
周期構造になっている。上記第1の反射形回析格子レン
ズ(5)に入射した発散光は平行光に変換されるととも
に光路が折り返えされ、再び上記第2の端面0.I)か
ら光導波路(21内に入射し、上記光21波路(2)内
を伝搬する平行光fQ)となる。上記平行光+151は
光導波路(2)内を伝搬したのち、上記第1の端面■よ
り出射し第2の反射上回折格子レンズ(7)に入射する
。上記第2の反射上回折格子レンズ(7)も上記第1の
反射上回折格子レンズと同様の周期構造をもっているが
、第2の反射上回折格子レンズ(7)では平行光が収束
光に変換される。上記第2の回折格子レンズ〔7)によ
って収束光となった光は再び第1の端面03より上記光
導波路(2)に入射し、光導波路(21内を伝搬する収
束光(8)となり光検出器アレー(9)上の点Aに集光
する。
次に、SAW )−ランスジューサC1dに、印加手段
は図示していないが高周波男気信号(RF倍信号を印加
すると、光導波路(21内に8AW (111が励起さ
れ上記RF倍信号対するSAWの波長dを周期とする一
種の回折格子が上記光導波路(21内に形成される。こ
の回折格子に上記平行光(6)が入射すると、その一部
は回折されて回折光Q!19に変換される。この回折光
αQは上記光導波路(2)内を伝搬したのち第2の反射
上回折格子レンズ(7)に入則し、収束光aaに変換さ
れて光検出器アレー(9)上の点Bに集光する。この集
光点Bの位置は上記RF倍信号周波数によ。
て変化するので光検出器アレー(9)の出力を、観測手
段は図示していないが、観測すれば上記RF倍信号スペ
クトルを分析することができる。
第3図はSAWによる光の回折を説明するための図で、
ちる。SAWによって生じる回折格子の周期をd、光の
入射角度をθB、光の波長を人、実効屈折率をnとする
と、回折平行光@は第(1)式で与えられる回折角度θ
Bにおいて最大強度になる。
また、光導波路内のSAWの伝搬速度をV、上記RF倍
信号固液?lをFとするとSAWの波長すなわち回折格
子の周期dは第(2)式で与えられる。
d=v/F              ・・・・・・
(21第(2)式を第(1)式に代入すると となる。ここで第(3)式の右辺のカッコの中は1より
十分少さいので、結局 と近似することができる。第4式より回折角黒はRF倍
信号周波数に比例することがわかる。
たとえば、半導体レーザの真空中での波長式=0.85
1Xn、誘熔体基板としてLixlbo3結晶を用い、
光導波路をTiの拡散によって作5!Jシたとすると、
先導波路中を伝搬する碑波光のT効屈析率nはn爬2.
217 胛度になる。他方、この結晶中ケ伝搬オるSA
Wの伝搬速度は4000rrI/’q 程度であり、上
記RF倍信号最大周波数をF= I Gl−[、とする
と、第4式より回折角度の最大値θB m a xは2
.75°と見F ることかできる。
上記第2の反射上回折格子レンズ(7)に対して、入射
光がこの程度傾斜してもRFlオ号のl、+、1波数に
対する分解能が低下させないためには、2つの反則形回
折格子レンズには回折限界のS↓光特性を有することが
要求される。
〔発明が解決しようとする間開点〕
次に、従来の装置で用いられている反射上回折格子レン
ズの間1点および光導波路との結合における問題点につ
いて説明する。反射上回折格子レンズは、金属基板もし
くは誘!1体基板上に1円筒波を平面波に変換するよう
な場所によって格子周期が異なる直線上の格子パターン
を彎子ビームリソグラフィもしくはフォトリソグラフィ
によって描画し、エツチング等によりレリーフ形口析格
子を作製し、さらに反射率を上げるため、表面に高反射
膜を蒸着等により作製することによって製作される。前
記方法により!す作てれた反射上回折格子レンズにおい
て、格子断面形状が矩形の場合その回折効率の最大値は
高々40.5  %であり、効率を改善するために格子
断面の形状をイオンビーム加工や型子ビームレジストの
露光特性を利用して、三角形升のブレーズ化したエシエ
レットグレーティングとした場合でも回折効率70%芹
度のもσ)が得られているにすぎず、効率が低いという
欠点がある。さらに、光導波路との結合において1波路
内を伝りしてきた光は、一度導波路外に出射プれ、上記
反射上回折格子レンズと結合する構成となっているので
、端面出射における反射損失が側視できない。誘電体基
板としてLiNbo3 結晶を用いた場合、端面におけ
るフレネル反射損失は1面につき約14%となり、上記
反射上回折格子レンズとの結合ブは出射・入射と2面反
射面があることになるので1端面につき28%の反射損
失がある。従来装置では上記反射形回析格子レンズを2
便用いているので反射損失は約56%となり、光の利用
効率カ低いという欠点があるとともに、反射によるバッ
クグラウンド光がIzし、ダイナミックレンジを低下さ
せるという欠点がある。また、上記反射上回折格子レン
ズは誘電体基板(1)とは分離された構成となっている
ので、上記誘電体基板(1)に対する位置合せや精変の
よい保持が難しいという欠点をもっていた。
この発明は、上記のような間頌点を解消するためになさ
れたもので、プレーナ技術で上記M 9体基板(1)上
に平面的に回折格子反射鏡を作製することにより信頼性
の高い高性能の光集積スペクトル分析器を得ることを目
的としている。
〔間頌点を解決するための手段〕
この発明に係る光集積スペクトル分析器では、第1の光
導波路反射鏡と第2の光導波路反射(境として、光導波
路媒質の屈折率を周期的に変化させた屈析率変調形の回
折格子反射鏡を用いるようにしたものである。
〔作用〕
この発明における光集積スペクトル分析器では、プレー
ナ技術で誘電体基板上に平面的に作製できる回折格子反
射鏡を用いており、回折限界の集光スポットが得られる
とともに、回折効率が高く、しかも従来装置のように端
面における反射損失を生じないようになっている。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図において、a力は第1の回折格子反射鏡、(至)
は第2の回折格子反射鏡である。
第1の回折格子反射鏡α力は次のようにして作製できる
。第1図における第1の端面(至)上の点Cを中心とす
る発散円筒波(4)と平行光束(6)との干渉縞を上記
@1の回折格子反射鏡αηが設置される位置で計算し、
上記干渉縞によってできる明暗パターンを求め、上記明
暗パターンに従って、暗部のみを遮へいするようなマス
クパターンをフォトリソグラフィもしくは彎子線リソグ
ラフィーによって予め光導波路(2)を有する誘電体基
板(1)の表面につけ、そののちJ 、 L 、 Ja
ckelらにより文献2)Arplied Physi
cs Letlers 4 (71,100ctobe
r(1982) P607〜608に報告されている方
法にまり、上記明暗パターンに従って屈折率を変化させ
、しかるのち上記マスクを除去して、屈析率変調形の回
折格子反射鏡を得ることができる。
第2の回折格子反射鏡08は第2の端面04)上の点A
を中心とする収束円筒法(8)と平行光束(6)とによ
ってできる干渉縞の明暗パターンをマスクパターンとす
ることにより、上記第1の回折格子反射鏡αηと同様の
方法により作!9することができる。
゛以上のように作製された上記第1および第2の回折格
子反射鏡は型押の反射位相型体劇ホログラムと見なすこ
とができるので、第1の回折格子反射鏡αηは上記発散
光(4)が入n・1シたときには無収差で平行光(6)
に変換し、第2の回折格子反射鏡側は上記平行光(6)
を収束光(8)に変換し、無収差で上記光検出器アレー
(9)上の点Aに集光することができる。また上記回折
光(至)の上記平行光(6)に対する回折角度は高々2
.8°稈度であるので収束光αGで発生する収差は小さ
く、はぼ年収差で光検出器アレー(9)上の点Bに集光
することができる。
ざらに、前述のように上記第1および第2の回折格子反
射鏡は反射位相型体穆ホログラムと見なすことができの
で、その回折効率は理論上100%とすることができ、
高効率とすることが可能である。また、従来装置のよう
に竿1および第2の回折格子反射鏡部分において、上記
光導波路(2)を伝搬してくる24波光は端面から出射
し、また入射するということがないので、端面における
反射損失を生じないという利点を有している。
なお、上記実施例ではL i Nb 0!結晶を用いた
場合について説明したが、イオン交換等により屈折率差
が得られる物面で圧!効果を有するものであればよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、反射位相型体積ホロ
グラムとみなすことができる第1および第2の回折格子
反射鏡をイオン交換等に止り屈折率変調型の回折格子と
しているので、収差が小さく、ハト光スポットが回折限
界の値になっており、RF倍信号周波数が墓くなっても
分解能が低下することがないという利点を有するととも
に、反射損失を生ぜずかつ高効率とすることができると
いう利点を有している。さらに、この構成の回折格子反
射鏡は、プレーナ技術を用いて平面上に作製できるので
、形状m変が高く、位置精誓も良くかつ大工生産に向い
ているので安価なものが得られる利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実地例番でよる光集梼スペクトル
分析器の構成図、第2図は従来の装置の構成図、第3図
はSAWによる光の回折を説明するための図である。 図中、(1)は巽電体古(板、(2)は光導波路、(3
)は半導体レーザ、(4)は発散光、(5)は第1の反
則形回折格子レンズ、16)は平行光、(7)は第2の
反則形回折格子レンズ、(8)は収束光、(9)は光検
出器アレー、αOはSAW l−ランスジューサ、αη
はSAW、02はSAW吸収物質、03は第1の端面、
0毛は第2端面、09は回折光、αGは収束光、a71
+、を第1の回折格子反射鏡、α乃は第2の回折格子反
射鏡である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 二次元光導波路と、この二次元光導波路に形成された第
    1の光導波路反射鏡と第2の光導波路反射鏡と、上記第
    1と第2の光導波路反射鏡の間に位置し上記第1の光導
    波路反射鏡で反射され、第2の光導波路反射鏡に到達す
    る導波光の進行を防げない位置に1個もしくは複数個の
    表面弾性波を励振するトランスジューサと、このトラン
    スジューサによって励振され上記導波光を斜交した表面
    弾性波を吸収するダンパをそなえた誘電体基板と、上記
    第1の光導波路反射鏡に対向する上記誘導体基板の端面
    に半導体レーザを備え、上記第2の光導波路反射鏡に対
    向する上記誘電基板のもう一方の端面に直接的にあるい
    は結像レンズ系を介して間接的に接続される光検出器ア
    レーとを備え、上記トランスジューサに入力される電機
    信号の周波数を光検出間アレー上に集光される上記半導
    体レーザからの光の集光位置の違いから分析する光集積
    スペクトル分析器において、上記第1の光導波路反射鏡
    と第2の光導波路反射鏡として二次元光導波路の屈折率
    を略周期的に変化させた部分を有する屈析率変調形の回
    折格子反射鏡としたことを特徴とする光集積スペクトル
    分析器。
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